CN109659586A - 氢气发电储能装置及其启动方法 - Google Patents

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Abstract

本发明及一种氢气发电储能装置及其启动方法，特点是包括PEM燃料电池堆、氢气气路系统、控制系统及电力输出系统；氢气气路系统包括氢气瓶、流量控制器、输入阀及泄压阀；控制系统包括电池控制器、PEM控制器、手动启动开关、流量给定定位器、流量显示器及开关电源；电力输出系统包括输出继电器及接线板。其具有氢气发电储能装置的氢气气路系统通过控制系统的有效控制，能有效防止氢气泄露造成氢气爆炸；PEM燃料电池堆可自动启动，也可以手动启动，不同启动方式之间切换简单、控制灵活，提高了系统的可靠性的优点。

Description

氢气发电储能装置及其启动方法
技术领域
本发明涉及一种氢气发电储能装置及其启动方法。
背景技术
在地理偏远的地方，氢气发电储能装置可作为负载的供电装置。工作时，氢气发电储能装置以光伏电池作为主电源，质子交换膜（PEM）燃料电池作为光伏电池的备用电源，能同时为负载供电和储能电池充电。氢气发电储能装置克服了光伏电池在无光照情况下出力不足的缺陷，又能利用PEM燃料电池可直接更换氢气瓶，从而持续为系统供电的优势，有效的将光伏电池、PEM燃料电池和储能电池结合在一起。氢气发电储能装置的氢气气路系统对燃料电池发电起主要作用，氢气气路系统需要保证持续不断且流量可变的氢气供应到PEM燃料电池阳极中，进行电化学反应作用。另一方面氢气气路系统的安全性也不容忽视，氢气气路系统需能有效防止氢气泄露和爆炸。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足而提供一种氢气发电储能装置的氢气气路系统通过控制系统的有效控制，能有效防止氢气泄露造成氢气爆炸；PEM燃料电池堆可自动启动，也可以手动启动，不同启动方式之间切换简单、控制灵活，提高了系统的可靠性的一种氢气发电储能装置及其启动方法。
为了达到上述目的，本发明是这样实现的，其是一种氢气发电储能装置，其特征在于包括PEM燃料电池堆、氢气气路系统、控制系统及电力输出系统；
所述氢气气路系统包括氢气瓶、流量控制器、输入阀及泄压阀；所述流量控制器及输入阀串联连通，所述氢气瓶的出气口与流量控制器的进气口连通，所述输入阀的出气口与PEM燃料电池堆的阳极进气口连通，所述PEM燃料电池堆的废气口与泄压阀的进气口连通；
所述控制系统包括电池控制器、PEM控制器、手动启动开关、流量给定定位器、流量显示器及开关电源；
所述电力输出系统包括输出继电器及接线板，在所述接线板设有板正极端及负极端；所述开关电源分别与电池控制器、PEM控制器及PEM燃料电池堆电连接，从而向电池控制器、PEM控制器及PEM燃料电池堆提供所需的工作电能；所述电池控制器的信号输出端分别与流量控制器、输出继电器及流量显示器的信号输入端连接，电池控制器的信号输入端分别与流量给定电位器的输出端及接线板正极端的信号输出端连接；所述PEM控制器的信号输出端分别与输入阀、PEM燃料电池堆及泄气阀的信号输入端连接，PEM控制器的信号输入输出端分别与电池控制器的信号输入输出端连接，所述手动启动开关的信号输出端分别与PEM控制器的信号输入输出端及电池控制器的信号输入输出端连接，或手动启动开关的信号输出端分别与PEM控制器的信号输入端及电池控制器的信号输入端连接；PEM燃料电池堆的正极与输出继电器的输入端电连接，输出继电器的输出端与接线板的正极端电连接，接线板的负极端与PEM燃料电池堆的负极连接。
在本技术方案中，还包括指示灯；所述输出继电器的电流输出端还与指示灯的一端电连接，所述接线板的负极端还与指示灯的另一端电连接。
在本技术方案中，还包括二极管；所述PEM燃料电池堆的正极与二极管的阳极电连接，二极管的阴极与输出继电器的输入端电连接。
在本技术方案中，还包括防爆阀、过滤器及应急阀；所述防爆阀、过滤器及应急阀依次串联连通，所述氢气瓶的出气口与防爆阀的进气口连通，所述应急阀的出口与流量控制器的进气口连通，所述电池控制器的信号输出端与应急阀的信号输入端连接。
为了达到上述目的，本发明是这样实现的，其是一种氢气发电储能装置的启动方法，氢气发电储能装置的启动方法包括两种，一种启动方法是自动启动方法，另一种启动方法是手动启动方法；
所述自动启动方式的方法如下：
当PEM燃料电池堆尚未工作时，电池控制器实时监测接线板正极端的电压值；当电压值下降超过预设定值时，电池控制器输出控制信号给流量控制器及PEM控制器，流量控制器根据预设流量大小控制氢气的流量，PEM控制器输出控制信号给PEM燃料电池堆以控制PEM燃料电池堆工作，PEM控制器输出控制信号给输入阀控制输入阀打开，此时，氢气流入PEM燃料电池堆的阳极进气口中，从而使PEM燃料电池堆冷启动成功，为接线板供电；
所述手动启动方法如下：
在PEM燃料电池堆尚未工作时，通过手动启动开关给电池控制器和PEM控制器发送控制信号，并手动调节流量给定电位器，流量给定电位器输出信号给电池控制器，电池控制器再输出控制信号给流量控制器从而调整氢气流量的大小， PEM控制器控制PEM燃料电池堆工作，PEM控制器控制输入阀打开，氢气流入PEM燃料电池堆的阳极进气口中，从而使PEM燃料电池堆冷启动成功，为接线板供电。
在本技术方案中，还包括指示灯；所述输出继电器的电流输出端还与指示灯的一端电连接，所述接线板的负极端还与指示灯的另一端电连接。
在本技术方案中，还包括二极管；所述PEM燃料电池堆的正极与二极管的阳极电连接，二极管的阴极与输出继电器的输入端电连接。
在本技术方案中，还包括防爆阀、过滤器及应急阀；所述防爆阀、过滤器及应急阀依次串联连通，所述氢气瓶的出气口与防爆阀的进气口连通，所述应急阀的出口与流量控制器的进气口连通，所述电池控制器的信号输出端与应急阀的信号输入端连接。
本发明与现有技术相比的优点为：氢气发电储能装置的氢气气路系统通过控制系统的有效控制，能有效防止氢气泄露造成氢气爆炸；PEM燃料电池堆可自动启动，也可以手动启动，不同启动方式之间切换简单、控制灵活，提高了系统的可靠性。
附图说明
图1是本发明中氢气发电储能装置的氢气气路系统原理图；
图2是本发明中氢气发电储能装置的控制系统原理图；
图3是本发明中氢气发电储能装置的电力输出系统原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以互相结合。
如图1至图3所示，其是一种氢气发电储能装置，包括PEM燃料电池堆7、氢气气路系统、控制系统及电力输出系统；所述PEM燃料电池堆7选用额定功率1000W、额定电压43.2V、额定电流24A、单电池数72片的PEM燃料电池，PEM燃料电池堆7能自加湿，氧化剂通过风扇吹入电堆中，PEM燃料电池堆7温度过高时，通过风扇冷却；
所述氢气气路系统包括氢气瓶1、流量控制器5、输入阀6及泄压阀8；所述流量控制器5及输入阀6串联连通，所述氢气瓶1的出气口与流量控制器5的进气口连通，所述输入阀6的出气口与PEM燃料电池堆7的阳极进气口连通，从而为PEM燃料电池堆7供应氢燃料，使PEM燃料电池堆7发生氧化反应，所述PEM燃料电池堆7的废气口与泄压阀8的进气口连通；
所述控制系统包括电池控制器9、PEM控制器10、手动启动开关11、流量给定定位器14、流量显示器15及开关电源17；所述开关电源17的输出电压为24V；
所述电力输出系统包括输出继电器12及接线板13，在所述接线板13设有板正极端及负极端；所述开关电源17分别与电池控制器9、PEM控制器10及PEM燃料电池堆7电连接，从而向电池控制器9、PEM控制器10及PEM燃料电池堆7提供所需的工作电能；所述电池控制器9的信号输出端分别与流量控制器5、输出继电器12及流量显示器15的信号输入端连接，使电池控制器9分别向流量控制器5、输出继电器12及流量显示器15输出信号，从而控制流量控制器5、输出继电器12及流量显示器15，电池控制器9的信号输入端分别与流量给定电位器14的输出端及接线板13正极端的信号输出端连接，使电池控制器9分别接收流量给定电位器14的信号及接线板13的正极电压信号；所述PEM控制器10的信号输出端分别与输入阀6、PEM燃料电池堆7及泄气阀8的信号输入端连接，PEM控制器10的信号输入输出端分别与电池控制器9的信号输入输出端连接，所述手动启动开关11的信号输出端分别与PEM控制器10的信号输入输出端及电池控制器9的信号输入输出端连接，或手动启动开关11的信号输出端分别与PEM控制器10的信号输入端及电池控制器9的信号输入端连接；PEM燃料电池堆7的正极与输出继电器12的输入端电连接，输出继电器12的输出端与接线板13的正极端电连接，接线板13的负极端与PEM燃料电池堆7的负极连接；流量控制器5受电池控制器9控制，起到调节氢气流量的作用；输入阀6受到PEM控制器10控制，起到开断氢气供应的作用；泄气阀8连接PEM燃料电池堆7的尾气排放口，在PEM控制器10的控制下，定期排放PEM燃料电池堆7中多余的氢气燃料和一氧化碳，防止PEM燃料电池堆7中的催化剂失效；输出继电器12在电池控制器9的控制下起到隔离电源和负载的作用。
工作时，氢气发电储能装置的启动方法包括两种，一种启动方法是自动启动方法，另一种启动方法是手动启动方法；
所述自动启动方式的方法如下：
当PEM燃料电池堆7尚未工作时，电池控制器9实时监测接线板13正极端的电压值；当电压值下降超过预设定值时，电池控制器9输出控制信号给流量控制器5及PEM控制器10，流量控制器5根据预设流量大小控制氢气的流量，PEM控制器10输出控制信号给PEM燃料电池堆7以控制PEM燃料电池堆7工作，PEM控制器10输出控制信号给输入阀6控制输入阀6打开，此时，氢气流入PEM燃料电池堆7的阳极进气口中，从而使PEM燃料电池堆7冷启动成功，为接线板13供电；
所述手动启动方法如下：
在PEM燃料电池堆7尚未工作时，通过手动启动开关11给电池控制器9和PEM控制器10发送控制信号，并手动调节流量给定电位器14，流量给定电位器14输出信号给电池控制器9，电池控制器9再输出控制信号给流量控制器5从而调整氢气流量的大小， PEM控制器10控制PEM燃料电池堆7工作，PEM控制器10控制输入阀6打开，氢气流入PEM燃料电池堆7的阳极进气口中，从而使PEM燃料电池堆7冷启动成功，为接线板13供电。
在本实施例中，还包括指示灯18，所述输出继电器12的电流输出端还与指示灯18的一端电连接，所述接线板13的负极端还与指示灯18的另一端电连接。
在本实施例中，还包括二极管16，所述PEM燃料电池堆7的正极与二极管16的阳极电连接，二极管16的阴极与输出继电器12的输入端电连接。工作时，二极管16起到了防止电流逆流烧坏PEM燃料电池堆7的作用。
在本实施例中，还包括防爆阀2、过滤器3及应急阀4；所述防爆阀2、过滤器3及应急阀4依次串联连通，所述氢气瓶1的出气口与防爆阀2的进气口连通，所述应急阀4的出口与流量控制器5的进气口连通，所述电池控制器9的信号输出端与应急阀4的信号输入端连接。工作时，过滤器3起到过滤氢气中的杂质作用，防止粉尘微粒进入PEM燃料电池堆7中，堵塞阳极入口减少氢气进气量；所述应急阀4和防爆阀2在出现氢气泄露或氢气燃烧时，起到切断氢气供应和防止火源回流引起氢气瓶1爆炸的作用。
如图1至图3所示，其是一种氢气发电储能装置的启动方法，所述氢气发电储能装置包括PEM燃料电池堆7、氢气气路系统、控制系统及电力输出系统；所述PEM燃料电池堆7选用额定功率1000W、额定电压43.2V、额定电流24A、单电池数72片的PEM燃料电池，PEM燃料电池堆7能自加湿，氧化剂通过风扇吹入电堆中，PEM燃料电池堆7温度过高时，通过风扇冷却；
所述氢气气路系统包括氢气瓶1、流量控制器5、输入阀6及泄压阀8；所述流量控制器5及输入阀6串联连通，所述氢气瓶1的出气口与流量控制器5的进气口连通，所述输入阀6的出气口与PEM燃料电池堆7的阳极进气口连通，从而为PEM燃料电池堆7供应氢燃料，使PEM燃料电池堆7发生氧化反应，所述PEM燃料电池堆7的废气口与泄压阀8的进气口连通；
所述控制系统包括电池控制器9、PEM控制器10、手动启动开关11、流量给定定位器14、流量显示器15及开关电源17；所述开关电源17的输出电压为24V；
所述电力输出系统包括输出继电器12及接线板13，在所述接线板13设有板正极端及负极端；所述开关电源17分别与电池控制器9、PEM控制器10及PEM燃料电池堆7电连接，从而向电池控制器9、PEM控制器10及PEM燃料电池堆7提供所需的工作电能；所述电池控制器9的信号输出端分别与流量控制器5、输出继电器12及流量显示器15的信号输入端连接，使电池控制器9分别向流量控制器5、输出继电器12及流量显示器15输出信号，从而控制流量控制器5、输出继电器12及流量显示器15，电池控制器9的信号输入端分别与流量给定电位器14的输出端及接线板13正极端的信号输出端连接，使电池控制器9分别接收流量给定电位器14的信号及接线板13的正极电压信号；所述PEM控制器10的信号输出端分别与输入阀6、PEM燃料电池堆7及泄气阀8的信号输入端连接，PEM控制器10的信号输入输出端分别与电池控制器9的信号输入输出端连接，所述手动启动开关11的信号输出端分别与PEM控制器10的信号输入输出端及电池控制器9的信号输入输出端连接，或手动启动开关11的信号输出端分别与PEM控制器10的信号输入端及电池控制器9的信号输入端连接；PEM燃料电池堆7的正极与输出继电器12的输入端电连接，输出继电器12的输出端与接线板13的正极端电连接，接线板13的负极端与PEM燃料电池堆7的负极连接；流量控制器5受电池控制器9控制，起到调节氢气流量的作用；输入阀6受到PEM控制器10控制，起到开断氢气供应的作用；泄气阀8连接PEM燃料电池堆7的尾气排放口，在PEM控制器10的控制下，定期排放PEM燃料电池堆7中多余的氢气燃料和一氧化碳，防止PEM燃料电池堆7中的催化剂失效；输出继电器12在电池控制器9的控制下起到隔离电源和负载的作用；
氢气发电储能装置的启动方法包括两种，一种启动方法是自动启动方法，另一种启动方法是手动启动方法；
所述自动启动方式的方法如下：
当PEM燃料电池堆7尚未工作时，电池控制器9实时监测接线板13正极端的电压值；当电压值下降超过预设定值时，电池控制器9输出控制信号给流量控制器5及PEM控制器10，流量控制器5根据预设流量大小控制氢气的流量，PEM控制器10输出控制信号给PEM燃料电池堆7以控制PEM燃料电池堆7工作，PEM控制器10输出控制信号给输入阀6控制输入阀6打开，此时，氢气流入PEM燃料电池堆7的阳极进气口中，从而使PEM燃料电池堆7冷启动成功，为接线板13供电；
所述手动启动方法如下：
在PEM燃料电池堆7尚未工作时，通过手动启动开关11给电池控制器9和PEM控制器10发送控制信号，并手动调节流量给定电位器14，流量给定电位器14输出信号给电池控制器9，电池控制器9再输出控制信号给流量控制器5从而调整氢气流量的大小， PEM控制器10控制PEM燃料电池堆7工作，PEM控制器10控制输入阀6打开，氢气流入PEM燃料电池堆7的阳极进气口中，从而使PEM燃料电池堆7冷启动成功，为接线板13供电。
在本实施例中，还包括指示灯18，所述输出继电器12的电流输出端还与指示灯18的一端电连接，所述接线板13的负极端还与指示灯18的另一端电连接。
在本实施例中，还包括二极管16，所述PEM燃料电池堆7的正极与二极管16的阳极电连接，二极管16的阴极与输出继电器12的输入端电连接。工作时，二极管16起到了防止电流逆流烧坏PEM燃料电池堆7的作用。
在本实施例中，还包括防爆阀2、过滤器3及应急阀4；所述防爆阀2、过滤器3及应急阀4依次串联连通，所述氢气瓶1的出气口与防爆阀2的进气口连通，所述应急阀4的出口与流量控制器5的进气口连通，所述电池控制器9的信号输出端与应急阀4的信号输入端连接。工作时，过滤器3起到过滤氢气中的杂质作用，防止粉尘微粒进入PEM燃料电池堆7中，堵塞阳极入口减少氢气进气量；所述应急阀4和防爆阀2在出现氢气泄露或氢气燃烧时，起到切断氢气供应和防止火源回流引起氢气瓶1爆炸的作用。
以上结合附图对本发明的实施方式作出详细说明，但本发明不局限于所描述的实施方式。对于本领域的普通技术人员而言，在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下对这些实施方式进行多种变化、修改、替换及变形仍落入在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种氢气发电储能装置，其特征在于包括PEM燃料电池堆（7）、氢气气路系统、控制系统及电力输出系统；
所述氢气气路系统包括氢气瓶（1）、流量控制器（5）、输入阀（6）及泄压阀（8）；所述流量控制器（5）及输入阀（6）串联连通，所述氢气瓶（1）的出气口与流量控制器（5）的进气口连通，所述输入阀（6）的出气口与PEM燃料电池堆（7）的阳极进气口连通，所述PEM燃料电池堆（7）的废气口与泄压阀（8）的进气口连通；
所述控制系统包括电池控制器（9）、PEM控制器（10）、手动启动开关（11）、流量给定定位器（14）、流量显示器（15）及开关电源（17）；
所述电力输出系统包括输出继电器（12）及接线板（13），在所述接线板（13）设有板正极端及负极端；所述开关电源（17）分别与电池控制器（9）、PEM控制器（10）及PEM燃料电池堆（7）电连接，从而向电池控制器（9）、PEM控制器（10）及PEM燃料电池堆（7）提供所需的工作电能；所述电池控制器（9）的信号输出端分别与流量控制器（5）、输出继电器（12）及流量显示器（15）的信号输入端连接，电池控制器（9）的信号输入端分别与流量给定电位器（14）的输出端及接线板（13）正极端的信号输出端连接；所述PEM控制器（10）的信号输出端分别与输入阀（6）、PEM燃料电池堆（7）及泄气阀（8）的信号输入端连接，PEM控制器（10）的信号输入输出端分别与电池控制器（9）的信号输入输出端连接，所述手动启动开关（11）的信号输出端分别与PEM控制器（10）的信号输入输出端及电池控制器（9）的信号输入输出端连接，或手动启动开关（11）的信号输出端分别与PEM控制器（10）的信号输入端及电池控制器（9）的信号输入端连接；PEM燃料电池堆（7）的正极与输出继电器（12）的输入端电连接，输出继电器（12）的输出端与接线板（13）的正极端电连接，接线板（13）的负极端与PEM燃料电池堆（7）的负极连接。
2.根据权利要求1所述的氢气发电储能装置，其特征在于还包括指示灯（18）；所述输出继电器（12）的电流输出端还与指示灯（18）的一端电连接，所述接线板（13）的负极端还与指示灯（18）的另一端电连接。
3.根据权利要求1所述的氢气发电储能装置，其特征在于还包括二极管（16）；所述PEM燃料电池堆（7）的正极与二极管（16）的阳极电连接，二极管（16）的阴极与输出继电器（12）的输入端电连接。
4.根据权利要求1所述的氢气发电储能装置，其特征在于还包括防爆阀（2）、过滤器（3）及应急阀（4）；所述防爆阀（2）、过滤器（3）及应急阀（4）依次串联连通，所述氢气瓶（1）的出气口与防爆阀（2）的进气口连通，所述应急阀（4）的出口与流量控制器（5）的进气口连通，所述电池控制器（9）的信号输出端与应急阀（4）的信号输入端连接。
5.根据权利要求1所述的氢气发电储能装置的启动方法，其特征在于氢气发电储能装置的启动方法包括两种，一种启动方法是自动启动方法，另一种启动方法是手动启动方法；
所述自动启动方式的方法如下：
当PEM燃料电池堆（7）尚未工作时，电池控制器（9）实时监测接线板（13）正极端的电压值；当电压值下降超过预设定值时，电池控制器（9）输出控制信号给流量控制器（5）及PEM控制器（10），流量控制器（5）根据预设流量大小控制氢气的流量，PEM控制器（10）输出控制信号给PEM燃料电池堆（7）以控制PEM燃料电池堆（7）工作，PEM控制器（10）输出控制信号给输入阀（6）控制输入阀（6）打开，此时，氢气流入PEM燃料电池堆（7）的阳极进气口中，从而使PEM燃料电池堆（7）冷启动成功，为接线板（13）供电；
所述手动启动方法如下：
在PEM燃料电池堆（7）尚未工作时，通过手动启动开关（11）给电池控制器（9）和PEM控制器（10）发送控制信号，并手动调节流量给定电位器（14），流量给定电位器（14）输出信号给电池控制器（9），电池控制器（9）再输出控制信号给流量控制器（5）从而调整氢气流量的大小， PEM控制器（10）控制PEM燃料电池堆（7）工作，PEM控制器（10）控制输入阀（6）打开，氢气流入PEM燃料电池堆（7）的阳极进气口中，从而使PEM燃料电池堆（7）冷启动成功，为接线板（13）供电。
6.根据权利要求5所述的氢气发电储能装置的启动方法，其特征在于还包括指示灯（18）；所述输出继电器（12）的电流输出端还与指示灯（18）的一端电连接，所述接线板（13）的负极端还与指示灯（18）的另一端电连接。
7.根据权利要求5所述的氢气发电储能装置的启动方法，其特征在于还包括二极管（16）；所述PEM燃料电池堆（7）的正极与二极管（16）的阳极电连接，二极管（16）的阴极与输出继电器（12）的输入端电连接。
8.根据权利要求5所述的氢气发电储能装置的启动方法，其特征在于还包括防爆阀（2）、过滤器（3）及应急阀（4）；所述防爆阀（2）、过滤器（3）及应急阀（4）依次串联连通，所述氢气瓶（1）的出气口与防爆阀（2）的进气口连通，所述应急阀（4）的出口与流量控制器（5）的进气口连通，所述电池控制器（9）的信号输出端与应急阀（4）的信号输入端连接。
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